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가장 핫한 댓글은?

Raman 분광에 대한 간단한 질문이 있습니다.

2024.06.11

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안녕하세요. 멍청한 물리학과 학부생입니다. 딱히 물어볼 곳이 없어서 여기 물어봅니다.

Raman을 측정하게 되면 wavenumber로 나타내지는 Raman shift에 대한 Intensity peak를 측정하게 되는데, 왜 temporal frequency가 아닌 wavenumber로 나타내지나요?

빛이 산란될 때 운동량 보존과 에너지 보존 법칙을 사용하지만 빛의 경우 wavenumber 차이가 거의 0이어서 에너지 변화, 즉 frequency 변화를 측정한다고 들었습니다. frequency가 감소하면 Stokes, 증가하면 Anti-Stokes 산란이라고도 알고있습니다. 그리고 이 frequency 차이를 w = ck 관계를 이용해서 k의 차이로 나타낸다고 알고 있고요.. (혹시 이 내용이 틀렸다면 지적해주시면 감사하겠습니다.) 그럼 그냥 frequency shift로 나타내면 되지 왜 굳이 k로 계산해서 wavenumber shift로 나타내는지 모르겠습니다..


사실 중요한 내용인지는 모르겠으나, 구글링을 해봐도 잘 나오지 않는 것 같기도 해서 여기 질문드려봅니다..

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댓글 25개

2024.06.11

측정하는 물질(타겟)에 따라 라만 진동수가 달라지고 그게 물질 고유의 물리화학적 특성으로 센서로서 관찰이 가능하기 때문아닌가요? frequency는 그 분자의 진동 수 아님? 그니까 결국은 분자 종류에 따른 frequency 차이땜에 peak signal이 뜨는 파장대가 달라지는거고 그걸 fingerprint라고 표현하기도 하죠. 라만 스캐터링과 레이저의 차이를 좀 이해하셔야할 것 같은데요. 레이저가 분자에 있는 전자를 excite시킨 후 release 되면서 라만 scattering이 나오는건 알고 계시죠?

대댓글 6개

2024.06.11

입사된 빛의 진동수를 w_0, 물질 고유의 진동수를 w_ph라고 하면 Raman scattering된 빛이 w_0+w_ph 혹은 w_0-w_ph의 진동수를 가지는 것 아닌가요? 보통 레이저는 단색광 파장으로 고정시켜놓으니까 w_0이 고정인거고, 물질에 따라 w_ph이 달라지고, 포논 모드에 따라도 달라지기 때문에 w_ph이 물성을 나타내는 요소이고 이 w_ph가 결국 Raman shift인 것 아닌가요? 진짜 혼자 공부하니까 이해가 안되네요..

2024.06.11

네 이론적인 텀은 맞는 거 같은데 전 물리는 잘 모르지만 어떤 물질에 대해 라만 스캐터링을 분석할 때 진동수 하나만으로 설명하기 힘들고, 라만 스펙트럼을 전체적으로 분석해야합니다. NMR 스펙트럼처럼요. 그 물질 특성이 나타내는게 하나의 피크만으로 설명되능게 아니라 여러 위치에서의 피크 변화를 종합적으로 분석해야하거든요. 진동수 변화를 여러개로도 표현할 수 있겠지만 그것보단 그냥 그래프로 스캐터링 스펙트럼을 한꺼번에 보는게 이해하기 쉽죠. 논문을 좀 보시면 이해가 될 겁니다. biosensor using SERS 등으로 한번 검색해보세요

2024.06.11

아하 감사합니다 그래서 라만 이론 연구분야가 굉장히 어렵다고는 들었어요 다만 제가 궁금했던건 Raman scattering을 검출할 때 왜 진동수가 아닌 파수로 나타내는가? 였어요
어차피 진동수가 달라지면 파장도 달라지고 파수도 달라질테니 그냥 파수로 나타낸다. 그리고 파수가 진동수나 파장으로 표현하는 것보다 파수로 표현하는게 spectrum이 적절한 scale로 나타난다. 라고 생각하면 될까요?

2024.06.11

맞습니다. 결국은 라만 분석을 했으면 어딘가에 그 결과를 보여주고 의미를 커뮤니케이션해야할텐데 보는 사람 입장에서 더 이해하기 쉬운 표현법을 많이 쓰는거죠.

2024.06.11

감사합니다!! 좋은 하루 되세요!

2024.06.12

누적 신고가 20개 이상인 사용자입니다.

질문을 전혀 이해못한 동문서답이네요 ㅋㅋㅋ

2024.06.11

Wavenumber 는 파장의 역수로 나타낼 수 있는 단위이구요 파장과는 달리 에너지에 정비례하는 단위라서 많이 사용합니다. E = hc/lambda 이니까 wavenumber 로 바꾸면 E = hcv 가 되지요 (주파수 위에 틸트 사인을 붙이는데 여기선 어렵네요). 라만의 경우는 조화진동자로 표시되는 진동주파수가 바로 wavenumber 가 되구요 진동에너지를 hcv 로 표시할 수 있어서 많이 사용합니다. 흔히 사용하는 FTIR (또는 라만산란) 의 주파수 영역이 400-4000 cm-1 정도랍니다.

대댓글 1개

2024.06.11

harmonic wave에선 wavenumber가 의미하는 것과 frequency가 의미하는 것이 달라서 질문에 대한 이유를 모르겠었는데, 빛의 성질에 의해서 E = h_bar * c * k 로 표현이 된다는걸 깨닫고 이해했습니다 감사합니다!

2024.06.11

Frequency 가 아니고 왜 wave number를사용하냐는 질문같습니다. 이는 사회적 약속같은 겁니다. 모두 자기가 원하는 방식대로 표기하면 혼동이 오니까요.
아마도 처음 시작한 사람이 wavenumber를 사용하지 않았을까요? 이와는 반대로 Pl에서는 대부분 ev단위를 사용합니다. Xps같은 경우는 binding energy와 kinetic energy를 둘다 사용하지요 좀 통일되었으면 좋겠습니다.

대댓글 2개

2024.06.11

결국 전자의 흐름과 전류 방향이 반대인데도 기존 전류 방향을 그대로 쓰는것처럼 사회적 약속인 것이군요 감사합니다!

2024.06.12

개같이 말해도 찰떡같이 알아듣는 물리학과...
믿음과 신뢰의 네글자네...

2024.06.11

eV 역시 에너지 단위이지만 cm-1 보다는 훨씬 큰 단위라서 원자 분자 단위의 회전운동 진동운동의 에너지 (또는 주파수)를 표시히기에는 너무 단위가 큽니다
Xps 에서 주로 관찰하는게 원자의 오비탈 준위의 에너지 차이니까 회전 진동운동보다는 에너지 간격이 훨씬 큰 전자상태 사이의 간격을 언급하는데는 eV 가 적당하겠지요.

2024.06.12

광학분야의 발전역사에서 초기 과학자들이 파수를 에너지 단위로 사용해서 그래요

대댓글 1개

2024.06.12

아 그러고보니 빛 에너지가 진동수에 비례한다는 건 광양자설로부터 도출됐으니 비교적 최근의 연구결과겠네요

2024.06.12

핀트에서 벗어난 답변이긴 한데, 왜 인버스 cm같은 이상한 단위가 계속 쓰이는지 예전에 저희 교수님께 물어봤는데 답이 간단했더라고요.

Q: 왜 사람들이 cm-1 같은 비직관적인 단위를 쓸까?
A: 그보다 직관적인 단위가 있을 수 없다. 스펙트로미터는 그레이팅을 사용하는데, 그 성능은 (해상력) 그레이팅이 얼마나 촘촘하냐에 따라 달려 있다. 그 촘촘함을 나타내는 단위로서 cm-1 이 사용되는 건 자연스러운 것이다.

저는 라만을 하지는 않는데, 관습이 된 데에는 여러 이유가 있을 것 같습니다. 한 번 공부해보셔요

대댓글 2개

2024.06.12

사람들은 자기 편한 단위를 많이 쓰잖아요? 저도 빛의 에너지 이야기할 때 파장으로 표현하는 게 익숙해서 Hz 나 eV 로 쓴 걸 보면 처음에는 꽤나 애를 먹었거든요.

우연히 cm-1이 관습이 되진 않았을 겁니다. 나이 지긋하신 분들은 아마도 이유를 아실 거여요

2024.06.13

grating과 관련된 이야기도 있었군요.. 감사합니다

2024.06.13

라만 산란을 설명할 때 phonon과 photon을 동시에 흡수하여 에너지와 운동량이 동시에 변하는 process로 설명하기 때문에 k를 쓰는게 직관적입니다. h_bar × k가 운동량이니까요.
빛도 흡수하는 과정에서 momentum을 전자에 전달하긴 하는데, light line의 기울기가 너무 급해서 order of 1eV 이하에선 운동량을 전달하지 않는다고 봐도 무방합니다.
그래서 빛은 phonon dispersion에서 acoustic branch와는 커플링이 일어나지 않는다는 것을 들어보신 적이 있을겁니다. 같은 이유로 indrect bandgap에서는 흡수가 어렵죠(momentum mismatch 때문에).
그래서 말씀하신대로 stokes shift나 anti stokes shift가 나타나게 되는데, 라만 산란이 특별한 이유가 phonon의 운동량 전달이어서 wavenumber를 쓰는게 직관적이라고 생각합니다.
다른 분들 말씀대로 광학에서 역사적으로 wavenumber를 많이 써서 그렇다는것도 이유가 되긴 할텐데, 광학 실험할 때 진동수를 쓰는 경우도 꽤나 많아서(광학상수 측정 시 kramers kronigh분산을 쓰고싶다던가) 운동량에 집중하기 위해 k를 쓴다는게 좀 더 적절해 보입니다.

대댓글 2개

2024.06.13

photon-electron interaction에서는 운동량을 거의 전달하지 않지만, photon-phonon interaction에 의해서 운동량이 전달되고, 이 과정에서 빛의 운동량 변화가 생기기 때문에 운동량에 비례하는, wavenumber에 대한 정보를 얻을 수 있는 것이네요 감사합니다..

2024.06.13

제가 글에서 빛의 경우 운동량 차이가 거의 없다고 써놨는데, 이게 electron과의 interaction일 때 이야기고, phonon interaction은 다른 이야기였군뇨..

2024.06.13

사실 cm^(-1) 말고도 여러 단위를 사용할 수 있습니다.
제가 주로 다루는 논문에서는 meV(대략 1/8 cm^(-1))를 자주 사용했고, THz 분야에서는 phonon의 에너지를 THz 단위로도 자주 사용합니다. 에너지 단위만 맞다면 모두 사용할 수 있겠네요.
cm^(-1) 단위를 사용하는 것은 Stocks와 anti-Stocks가 같은 에너지란 것을 표현하기 쉽기 때문이라고 생각합니다.

대댓글 1개

2024.06.13

아 그렇군요! 연구 분야에 따라서 편의를 위해 단위를 조절할 수 있겠네요 감사합니다

2024.06.13

글쓴이 착한 심성의 소유자인 듯

대댓글 1개

2024.06.14

좋게 봐주셔서 감사하네용..

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